Kultur

Mit so einer Kugel aus hochreinem Silizium lässt sich ein Kilogramm genauer bestimmen als je zuvor. (Foto: Physikalisch-Technische Bundesanstalt)

22.05.2019

Runde Sache

Im Deutschen Museum löst eine Siliziumkugel das berühmte Pariser Ur-Kilo ab

Das Deutsche Museum hat von der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt einen Schatz aus hochreinem Silizium bekommen. Mit dieser Kugel lässt sich ein Kilogramm genauer bestimmen als je zuvor. Das berühmte Pariser Ur-Kilogramm als Maß aller Dinge hat damit ausgedient.

Die Siliziumkugel hat einen Durchmesser von exakt 9,37 Zentimetern, ist aus einem einzigen Kristall geschnitten und wurde so aufwendig bearbeitet, dass sie mit Fug und Recht die rundeste Kugel der Welt genannt werden kann. Sie bestimmt nun, was ein Kilogramm ist, und soll den Grundstock bilden für eine neue Ausstellung im Deutschen Museum zum Thema Messen.

Pariser-Ur-Kilo verliert Gewicht

Die bisherigen Maßeinheiten waren Wissenschaftlern ein Graus: Zu ungenau, zu unbeständig, zu menschengemacht. Das Ur-Kilogramm, das seit 130 Jahren in Paris verwahrt wird, liegt unter drei Glasglocken in einem Tresor und besteht zu 90 Prozent aus Platin und zu 10 Prozent aus Iridium. Alle Vorsichtsmaßnahmen konnten aber nicht verhindern, dass das Ur-Kilogramm mutmaßlich pro Jahr ein halbes Mikrogramm Masse verliert, bisher also mehr als 50 Mikrogramm und damit etwa so viel, wie ein Salzkorn wiegt. Warum das Ur-Kilogramm Gewicht verliert, ist den Forschern ein Rätsel. Für Menschen, die sich hauptberuflich mit dem Messen befassen und die versuchen, weltweit gleiche Maßeinheiten zu gewährleisten, ist das eine fast genauso große Katastrophe wie das Maß-Chaos im Mittelalter, als das Längenmaß „Fuß“ je nach Schuhgröße des jeweiligen Königs variierte.

Das Wichtigste an der neuen Kugel ist aber nicht, dass sie genau ein Kilogramm wiegt. Das tut sie zwar (ziemlich genau), aber entscheidender ist, dass sich durch die Zahl der in der Kugel vorhandenen Silizium-Atome sehr präzise errechnen lässt, was ein Kilogramm ist. Dieses System wird jetzt international die Referenz-Größe allen Masse-Messens – zusammen mit äußerst präzisen Watt-Waagen. Taiwan hat sich schon eine solche hochreine Siliziumkugel von der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Braunschweig gekauft. Für eine Million Euro – oder eben rund 1000 Euro pro Gramm.

Neues internationales Einheitensystem

Die Kugel ist aber nur eine Repräsentantin eines neuen Systems, das alle sieben Basiseinheiten des Internationalen Einheitensystems erfasst. Das sind neben dem Kilogramm die Sekunde (Zeit), der Meter (Länge), das Ampere (Stromstärke), das Kelvin (Temperatur), das Mol (Stoffmenge) und die Candela (Lichtstärke). Diese Basiseinheiten werden seit dieser Woche mithilfe von Naturkonstanten bestimmt. Was den angenehmen Nebeneffekt hat, dass diese Maßeinheiten nicht nur auf der Erde unter jedweder Umweltbedingung gleich sind – sondern überall im Universum.

Die Ein-Kiloogramm-Siliziumkugel soll hinweisen auf ein Großprojekt des Deutschen Museums, den Aufbau der neuen Dauerausstellung „Alles in Maßen – Maße für alle“. Die Maße sollen nämlich den Einleitungsbereich für die neugestaltete Physik-Ausstellung des Deutschen Museums bilden. Bis diese Ausstellung 2025 eröffnet wird, soll die glänzende Kugel in der Museumsgeschichte ausgestellt werden. Physik-Kuratorin Daniela Schneevoigt: „Das Exponat ist einfach zu wichtig, um es für die nächsten Jahre im Depot verschwinden zu lassen. Zumal sich damit viele Dinge so gut erklären lassen – vom Wesen und der Bedeutung des Messens bis hin zu den Naturkonstanten.“ (BSZ)

Daten zur Silizium-Kugel:

• Durchmesser: 93,7 mm
• Volumen: 429,37418 ± 0,00080 Kubikzentimeter
• Gewicht: 1,000045904 kg (± 0,000055 Gramm)
• Abweichung von der idealen Kugelform: wenige 10 Nanometer
(übertragen auf unsere Erde: Der höchste Berg wäre nur zwei Meter hoch)
• Zahl der Silizium-Atome: 21,52 Quadrillionen (Unsicherheit: +/- zwei Atome pro 100 Millionen Atome)

Abbildung:

Im Vordergrund die Siliziumkugel, im Hintergrund eine Kopie des Ur-Kilogramms, das jetzt ausgedient hat.(Foto: Deutsches Museum/Christian Illing)

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